Equilibrio stabile di Casimir reso possibile da uno strato di rivestimento a basso indice di rifrazione. (A) Rivestendo un sottile strato di Teflon su un substrato d'oro, si forma un equilibrio stabile di Casimir in modo che una nanopiastra d'oro possa essere intrappolata in una posizione di equilibrio in etanolo. (B) Energia di interazione di Casimir tra la nanopiastra d'oro e la superficie d'oro rivestita di teflon. La forza di Casimir data dalla derivata dell'energia di Casimir rispetto alla distanza è repulsiva a brevi distanze e attrattiva a lunghe distanze. (C) Spessore e profilo superficiale della nanoplacca d'oro lungo la linea tratteggiata nell'immagine AFM dell'inserto della lastra d'oro. Credito: Scienza (2019). DOI:10.1126/science.aax0916
Un team di ricercatori dell'Università della California a Berkeley e del Lawrence Berkeley National Laboratory ha trovato un modo per far attrarre o respingere l'effetto Casimir a seconda delle dimensioni dello spazio tra due oggetti. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Scienza , il gruppo ne descrive la tecnica e le possibili applicazioni.
L'effetto Casimiro, proposta per la prima volta da Hendrik Casimir nel 1948, è il fenomeno in cui due minuscole superfici ravvicinate subiscono una forza che le avvicina l'una all'altra. Le fluttuazioni quantistiche all'interno e all'esterno del gap spingono contro le placche, ma perché quelli che spingono dall'esterno sono più forti, creano una forza attrattiva tra le due piastre. L'effetto Casimir è più di una curiosità, perché può creare problemi nelle applicazioni delle nanotecnologie.
Appena due anni dopo che Casimir aveva proposto per la prima volta l'effetto, altri nel campo hanno iniziato a fare previsioni sui modi per contrastarlo, rendendolo ripugnante piuttosto che attraente, Per esempio, nel caso di fluidi e piastre di metalli a bassa rifrazione. Quindi, nel 2010, un team del MIT ha suggerito che dovrebbe essere possibile contrastare sia gli effetti attrattivi che quelli repulsivi per creare uno stato di equilibrio tra le due placche. In questo nuovo sforzo, i ricercatori riferiscono di aver fatto proprio questo.
Il lavoro prevedeva il rivestimento di una lastra d'oro con Teflon e la sospensione di una minuscola scaglia d'oro in etanolo appena sopra di essa. Spiegano che poiché il Teflon ha un indice di rifrazione più basso dell'etanolo, rende i due materiali ripugnanti. Ma l'interazione tra la scaglia d'oro e la lamina d'oro era attraente, creando una forza contraria. Posizionando tutti i componenti alla giusta distanza l'uno dall'altro, riuscivano a raggiungere l'equilibrio. Il sistema consente inoltre di passare dallo stato di equilibrio a uno stato attrattivo o repulsivo spostando uno o più materiali.
I ricercatori suggeriscono che la loro tecnica potrebbe essere utilizzata in dispositivi nanomeccanici o persino nei computer, dove potrebbe essere usato per ridurre l'attrito, che è una delle principali cause di crash del computer.
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